Branching of negative streamers in free flight
我们最近已经表明，一个负流光在一个足够高的均匀的字段可以分支自发由于拉普拉斯不稳定性，而不是接近一个固定的传播模式与固定的半径。在我们之前的模拟中，流光从阴极上的宽初始电离种子开始。在这里，我们证明了改进的模拟，流光出现在一个单一的电子分支以同样的方式。事实上，虽然演化的流光更窄，但它在更短的传播距离后分支。
2002-04-22 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.plasm-ph
Positive and negative streamers in ambient air: measuring diameter, velocity and dissipated energy
在1巴的环境空气中研究正和负流光;它们从放置在平面电极上方40 mm处的针电极出现。所施加的电压脉冲的幅度范围从5到96 kV;大多数脉冲的上升时间为30 ns或更短。测量了拖缆的直径、速度和能量。确定了两种制度;仅出现正流光的低电压状态和存在正流光和负流光的高电压状态。低于5 kV时，不会出现流光。在5至40 kV的范围内，形成正流光，而负放电仅在电极尖端处形成发光云，但没有流光。对于5至20 kV，正拖缆的直径和速度具有d=0.2 mm和v \approx 10^5 m/s的最小值。对于20至40 kV，它们的直径增加了6倍，而电压仅增加了2倍。在40 kV的过渡值以上，形成了两种极性的流光;它们彼此非常相似，尽管正流光进一步传播;它们的直径继续随着施加的电压而增加。对于96 kV，正流光达到3 mm的直径和4*10^6 m/s的速度，负流光约慢20%且更薄。速度v和直径d之间关系的经验拟合公式为v=0.5 d^2/（mm ns），适用于两种极性。两种极性的流光在穿过间隙时耗散每流光几mJ量级的能量。
2008-09-01 physics.geo-ph physics.plasm-ph
Computational study of simultaneous positive and negative streamer propagation in a twin surface dielectric barrier discharge via 2D PIC simulations
采用二维粒子模拟方法，对表面介质阻挡放电（SDBD）中等离子体流光的传播机制进行了研究。研究是在模拟空气混合物（80% N $_2$和20% O $_2$）、大气压、100 $\,$ kPa、直流条件和代表交流条件的脉冲直流波形下进行的。模拟的几何形状是对称的和完全暴露的SDBD的简化，导致在Al $_2$ O $_3$电介质阻挡层的任一侧上同时点燃正流光和负流光。为了确定这两个流光的相互作用，传播行为的积极和消极的流光都独立地和同时在相同的恒定电压条件下进行了调查。一个额外的焦点是恳求下的快速亚纳秒上升时间平方电压脉冲交替之间的正和负电压条件，从而提供洞察下的动态的流光交替极性开关。它示出，同时点燃的两个流光，以及使用脉冲直流条件，提供了增强的放电和增加的表面覆盖。它还表明，额外的拖缆分支可能会发生在一个截面，这是很难实验观察。增强的放电和表面覆盖可有益于许多应用，例如但不限于：空气净化、挥发性有机化合物去除和等离子体增强催化。
2021-02-18 physics.plasm-ph
Photoionization in negative streamers: fast computations and two propagation modes
流光放电在脉冲电场中物质的电击穿中起着核心作用，无论是在自然界还是在技术上。可靠和快速计算的极小模型的负流光在简单的气体，如氮气最近已经开发。然而，光电离不包括在内;它在空气中很重要，并构成了一个重大的数值挑战。本文介绍了一种快速可靠的方法，将光电离纳入我们的数值计算方案中，并讨论了它对负流光的重要性。特别是，我们确定不同的传播制度，光电离或不发挥作用。
2006-09-28 physics.ao-ph physics.plasm-ph
A 3D kinetic Monte Carlo study of streamer discharges in CO$_2$
本文利用三维动力学蒙特卡罗模型研究 CO$_2$ 中正负流注的起始与传播，揭示电子附着和光电离的关键作用，并阐明光电离对两类流注传播均具有重要意义。
2023-12-05 physics.plasm-ph
Numerical convergence of the branching time of negative streamers
在足够大的间隙和电场中，放电流光确实分支。在[Arrayas等人，PRL 88，174502（2002）]，我们观察到流光分支数值内的确定性粒子密度模型，并解释为一个薄的空间电荷层的拉普拉斯不稳定性。我们的数值结果在[Kulikovsky，PRL 89，229401（2002）]中受到批评。在这里，我们提出了一个自适应网格细化方法的流光模拟，我们进行了第一次结论性调查的影响，在不同领域的流光分支的数值网格。在逐步精细网格上的分支时间收敛，因此流光分支是第一次定量预测。
2006-04-03 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Photoionization effects in streamer discharges
本文研究了光电离过程对正负流注放电传播的影响。我们表明，负的前线加速光电离事件的存在。正流光的出现和传播与恒定速度的解释作为光电离和电子扩散的综合作用的结果。如我们在这项工作中所示，光电离范围起着重要的作用的流光的速度的选择。
2006-08-14 physics.plasm-ph
Construction and test of a moving boundary model for negative streamer discharges
从负流光放电中电相互作用粒子密度的极小模型出发，导出了电离锋的移动边界近似。移动锋上的边界条件被认为是“动力过冷”型。边界近似，其第一个结果已发表在[Meulenbroek等人，PRL 95，195004（2005）]，然后针对密度模型的二维模拟进行测试。结果表明，我们的移动边界近似充分代表了负流光锋的基本动力学。
2007-07-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
SF6 streamer breakdown induced by floating linear metal particles: Following streamers and side streamers
本研究通过二维流体模型揭示悬浮线性金属颗粒诱发 SF6 流注击穿的微观机制，提出跟随流注与侧向流注两种新机制，并阐明压力与过电压对击穿行为的影响。
2025-06-23 physics.plasm-ph
An adaptive grid refinement strategy for the simulation of negative streamers
在非附着气体的电击穿过程中，负流光的演化可以用电子和正离子的双流体模型来描述。它包括带电粒子在局部电场中的漂移、扩散和反应的连续性方程，耦合到电势的泊松方程。该模型产生的场增强和陡峭的传播电离前端的尖端不断增长的电离丝。本文提出了一种自适应网格加密方法来模拟这类结构。它使用有限体积空间离散化和显式时间步进，这允许从泊松方程的连续性方程的网格解耦。标准的细化方法，其中的细化标准是基于本地错误监控失败，由于拖缆前端的拉字符传播到一个线性不稳定状态。我们提出了一个细化方法，处理所有这些功能。一维流光前以及三维流光圆柱对称（因此有效的2D数值目的）的测试成功地进行。在细网格上的结果表明，这种自适应网格方法是必要的，以捕捉流光的特性。这种细化策略使我们能够充分计算纯气体中的负流光的参数制度出现的物理不稳定性：分支流光。
2006-05-01 physics.comp-ph physics.plasm-ph
A comparison of 3D particle, fluid and hybrid simulations for negative streamers
在放电流注头部的高场区，电子能量分布发展出一个长的拖尾。在负流光中，这些电子可以逃逸并有助于高能过程，如地球伽马射线和电子闪光。此外，电子密度波动可以加速流光分支。为了跟踪相关区域中单个电子的能量和位置，我们开发了一个3D混合模型，该模型将高场和低电子密度区域中的粒子模型与其余区域中的流体模型耦合。在这里，我们验证了我们的3D混合模型的3D（超）粒子模型的负流光在overvolted间隙，我们表明，它几乎达到了3D流体模型的计算效率。我们还表明，扩展的流体模型近似的粒子和混合模型，直到随机波动变得重要，而经典的流体模型低估了速度和电离密度。我们比较密度波动和发病的模型之间的分支，我们比较了前速度与分析近似。
2012-09-14 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Runaway Electron Generation by Decelerating Streamers in Inhomogeneous Atmosphere
数值模拟了大气中正负流光的动力学过程。它表明，积极和消极的流光表现在根本上不同的方式时，减速和停止。当头电位下降时，负流注过渡到由于前向电子漂移而传播的模式。在这种情况下，电离波前的半径增加，而在流光头部的电场进一步减小，流光停止。对于正流注，随着头电位的降低，其唯一的推进机制是电离波的有效半径的减小，从而导致电场的局部增大。这种机制补偿了在小的头部直径下气体光电离效率的降低。在大气压力空气中，当拖缆头电位降低到~1.2 kV时，拖缆头处的局部电场可超过失控阈值。在这种情况下，可以发生被引导到停止正流光的通道中的逃逸电子束的脉冲生成。所形成的脉冲电子束的能量可以从700 V（当相对于大气压空气中的值将光电离速率增加10倍时）变化到2.6 kV（在具有吸收添加剂的空气中，该吸收添加剂将光电离速率降低1000倍）。这是可能的，减速正流光的行为可以解释观测到的X射线辐射的爆发在流光传播。
2020-11-15 physics.plasm-ph
Predicting Streamer Discharge Front Splitting by Ionization Seed Profiling
以前的研究流光放电分支机制主要是生成的预测以外。为了预测甚至控制分支，需要建立实验条件和拖缆分支之间的可靠联系。作为实现这一目标的重要一步，在这项工作中，一个二维确定性模型的负流光在空气中的数值求解电离种子假设为高斯叠加。这里开发的“指示性配置文件的方法”可以始终与种子配置文件的几何不规则性的定量测量的变化与特定的电子密度的出现，在各种电压，种子特征尺寸和预电离水平下的流光放电的前分裂。这项研究的结果可以通知实验，以确定和澄清流光分支机制。
2018-10-02 physics.plasm-ph
The onset of tree-like patterns in negative streamers
我们提出的第一个分析和数值研究的初始阶段的分支过程的基础上，在完全3-D的情况下，界面动力学流光模型。该模型遵循从基本考虑电荷生产的碰撞电离和平衡法，并导致电离和非电离区域之间的界面的演变方程。我们比较了一些实验模式与数值模拟的，并给出了一个明确的表达式谐波模式的增长率与扰动的对称扩展放电。通过全数值模拟，观察和描述了放电特征树状斑图的分裂和形成。
2012-03-30 math-ph math.MP physics.plasm-ph
3D simulations of negative streamers in CO$_2$ with admixtures of C$_4$F$_7$N
本文通过3D模拟比较流体与粒子模型，研究CO$_2$与C$_4$F$_7$N混合气体中负流注放电，发现两者结果相似但粒子模拟更随机，且LEA不优于LFA。
2025-10-08 physics.plasm-ph
Experimental study of the spatio-temporal development of meter-scale negative discharge in air
我们研究了在标准温度和压力下，在1至1.5米的空气间隙中，由约1 MV的Marx发生器驱动的负放电的发展。我们显示的放电与纳秒快速摄影与电气特性的演变。负放电发展通过四个区分流光突发。在不同的爆发中，流光具有不同的速度和寿命。最后一次爆发触发了正接地电极上的正初始云，并出现了正反向流光的爆发。预放电然后桥接间隙，并且先导从两个电极生长。最后形成了火花。仔细观察阴极附近的预电离区，我们发现孤立的点是潜在的分支点。这些点充当正流光的起点，正流光朝向高压电极移动。在我们的实验室里还发现了空间领导者和领导者踩踏火花等现象。
2013-12-20 physics.plasm-ph
Why isolated streamer discharges hardly exist above the breakdown field in atmospheric air
我们调查流注形成对流层，在电场以上的击穿阈值。利用全三维粒子模拟，我们研究了自然背景电离和光电离对放电形态的综合影响。在以前的研究中，基于确定性流体模型没有背景电离，所谓的双头流光出现。但在我们改进的模型中，许多电子雪崩开始在不同的位置生长。最后，雪崩集体屏蔽了放电内部的电场。这发生在我们称之为“电离屏蔽时间”之后，对此我们给出了分析估计。由于这个时间是相当的流光形成时间，我们得出结论，孤立的流光是不可能存在的领域远高于大气中的空气击穿。
2013-08-23 physics.plasm-ph
Negative-polarity nanosecond-pulsed cryogenic plasma in liquid nitrogen
本文通过成像与光谱测量研究液氮中负极性纳秒脉冲放电，发现电场约5 MV cm⁻¹时由微弱辉光转变为液内流注，并揭示正负极性流注在低温液内等离子体中具有相似性。
2024-06-04 physics.plasm-ph
Deviations from the local field approximation in negative streamer heads
在局域场近似下，分别用粒子模型和流体模型研究了正常条件下氮气中的负流光电离锋。流体模型的参数函数来自粒子模型中的群实验。在一维环境中研究了内尺度上的前结构，允许合理的运行时间和内存消耗以及高数值精度，而不引入超粒子。当前沿的约化电场>= 50 kV/（cm bar）时，流体模型和粒子模型的解吻合得很好。当电场强度增加到200 kV/（cm bar）时，粒子模型和流体模型的解发生了偏离，特别是粒子模型的前沿后电离水平提高了60%，而速度对前沿的电离水平不敏感。粒子和流体模型偏离，因为高能量的电子还没有完全从前面跑走，而是在一定程度上领先。这导致粒子模型中前沿尖端的电离率增加。在同一电场中，前沿电子的能量过冲实际上与电子群或雪崩前沿的能量过冲在数量上一致。
2007-02-15 physics.plasm-ph
Experimental and numerical study on Following Streamer mechanism for SF6 breakdown induced by floating linear metal particles
本文通过负脉冲电压实验与二维轴对称流体模拟对比，验证悬浮线性金属颗粒引发SF6击穿的跟随流注机制，并提出扩展物理模型以描述三维离轴及多流注现象。
2025-10-21 physics.plasm-ph
Spontaneous Branching of Anode-Directed Streamers between Planar Electrodes
受到强场作用的非电离介质可通过指状流光的穿透而局部电离。我们研究了平面电极之间的负流光在一个简单的确定性连续近似。我们观察到，足够大的领域，流光尖端可以分裂。这发生在接近Firsov的“理想电导率”的极限。定性地说，尖端分裂是由于拉普拉斯不稳定性很像粘性指进。对于未来的定量分析进展，我们的稳定性分析的平面前确定的屏蔽长度作为一个正规化机制。
2002-03-11 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.plasm-ph
Electric streamers as a nonlinear instability: the model details
本文提出了一种新的方法来确定正负流注放电的参数。从流体动力学方程，在假设的解决方案的形状的拖缆，它是可能的拖缆参数之间的几个关系，形成一个系统的代数方程（SAE）。由于所做的近似，该系统的解的误差预计可能高达百分之几十。求解SAE允许我们用流光长度$L$、恒定均匀外部电场$E_e$和流光半径来表示所有流光参数。具有不同半径的解是流体动力学方程的有效解，并且类似于具有不同横向波长的平坦波前扰动的传播模式。我们解释的流光作为一个非线性的不稳定性，其行为是由选择的半径，在该半径处的速度最大化，因为，正如我们所示，速度起着相同的作用，在线性不稳定性的情况下的指数增长率。因此，拖缆行为由$E_e$和$L$以相对计算经济的方式明确地确定。相比之下，求解微观方程的数值方法，如流体动力学模拟，计算要求更高，并且由于数值波动，它们中的首选解决方案会自动出现。在海平面条件下的空气的计算产生合理的值，通常观察到的拖缆参数。计算出的正流注速度和负阈值场与实验测量结果是一致的。讨论了正阈值场产生的物理原因。一个非常简化的分析模型（附录B）至少在定性上再现了许多所提出的结果。
2020-08-28 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Investigating CO$_{2}$ streamer inception in repetitive pulsed discharges
在这项研究中，我们调查的负责物种和过程中涉及的重复脉冲流光开始在CO $_{2}$。我们将重复频率为10 Hz、脉冲宽度为1 ms的10 kV高压脉冲施加到与接地平面电极相距160 mm的针电极。我们用光电倍增管测量了600个高压周期的起始时间（高压脉冲上升沿之间的延迟）。我们在起始时间直方图中观察到一个峰值，中位数为1.2 $μ$ s。为了识别该峰的来源，我们在主高压脉冲之前施加负或正LV脉冲以操纵剩余的空间电荷。观察到三种不同的现象：1）漂移，2）中和，和3）电离在LV脉冲。在低LV振幅和脉冲宽度下，峰值开始分别在正和负LV脉冲下向更快和更慢的起始时间漂移。然而，在正LV脉冲和负LV脉冲的相同LV脉冲配置下，观察到的起始时间偏移是不相同的。我们提出了一个假设来解释这种不对称的基础上的差异，空气和CO之间的分离过程$_{2}$。
2021-07-21 physics.plasm-ph
Spatially hybrid computations for streamer discharges: II. Fully 3D simulations
我们最近提出了第一个物理预测的空间混合模型，以下负流光放电在全三维空间的演变;我们的空间混合模型耦合粒子模型在高场区域的流光与流体模型在流光内部的电子密度高，场低。因此，该模型在计算上是有效的，同时它也遵循单个电子的动力学，包括它们可能的逃逸。在这里，我们描述了我们的计算的技术细节，并提出了下一步的系统开发的模拟代码。首先，从空气、氮气、氧气和氩气中的粒子群模拟获得新的输运系数和反应速率。这些系数在扩展的流体模型中实现，以使流体近似尽可能与颗粒模型一致，并避免流体和颗粒区域之间的界面处的不连续性。然后介绍了两种分裂方法，并对三维空间中流体-颗粒界面的位置和运动进行了比较。最后，我们提出了第一个结果的三维空间混合模型的负流光在空气中。
2011-03-10 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Spontaneous emergence of space stems ahead of negative leaders in lightning and long sparks
我们调查了负面领导者之前空间茎的出现。这些是出现在前进的先导前面的发光点，调节先导的步进传播。我们表明，空间茎开始作为区域的局部耗尽的导电性，形成在流光的电晕周围的领导人。附着不稳定性增强了电场，导致强烈的不均匀，明亮和局部温暖的地区领先的领导人，解释现有的观测。由于附件的不稳定性，只有由10千伏/厘米以上的领域和内部电场是低于在积极的比在负流光，我们的研究结果解释了为什么，虽然常见的负领导人，空间茎和步进几乎没有观察到，如果不是缺席的积极领导人。需要进一步的工作来充分解释流光到先导的转变，这需要持续的电流的时间尺度长于电子的典型附着时间，大约100 ns。
2019-09-10 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
The ElectroHydroDynamic force distribution in surface AC Dielectric Barrier Discharge actuators: do streamers dictate the ionic wind profiles?
我们表明，时空电流体动力学（EHD）的生产力在表面交流介质阻挡放电（AC-DBD）致动器的强烈影响的流光制度在正相和微放电制度在负相。集中在空间EHD力的配置文件，我们证明了离子风的空间分布只能解释的流光制度的积极贡献。最大离子风的位置被发现是直接与最大伸长率的流光在几毫米从暴露的电极。在AC-DBD操作的正相和负相中，残余体积和表面电荷再次与流光形成和后燃相关联，导致各种正EHD力区域，当在一个AC周期中时间平均时，有助于实验观察到的诱导薄壁射流的产生。通过对我们的数值结果的详尽阐述，我们提供了EHD力时空演化的说明性解释，展示了流光的重要性，并与实验相比，检索了离子风空间分布的正确表示。
2021-03-24 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Abnormal Polarity Effect on the DC Breakdown Voltage in Short SF6 Gap
Tsinghua University（清华大学）
本文提出了一种新的离子-离子等离子体击穿标准，用于解释SF6短间隙直流击穿中负极性异常效应的动态机制。
2025-11-24 physics.plasm-ph
Power laws and self-similar behavior in negative ionization fronts
我们研究了弯曲几何中的阳极定向电离前沿。当磁效应可以忽略时，电屏蔽因子决定了电场和带电粒子密度的行为。从一个最小的流光模型，一个Burgers型方程，它支配的电屏蔽因子的动态。然后推导出一个拉格朗日公式来分析电离锋。利用屏蔽因子公式，数值模拟和解析计算了流注前沿的速度和振幅的幂律。对几何扩散现象进行了解释和澄清，并导出了一个普遍的自相似渐近行为。
2005-04-01 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the emergence mechanism of carrot sprites
我们调查的启动负向上飘带从精灵辉光。这种现象在高速观察精灵时很容易观察到，并且是精灵分为胡萝卜型或圆柱型的基础。首先，我们描述了如何附着不稳定导致一个明确定义的区域中的上部的流光通道。该区域具有增强的电场、低电导率并且在分子氮的第一正系统中强烈发射。我们将其识别为精灵辉光。然后，我们将展示如何，在最常见的配置的胡萝卜精灵，几个向上流光出现接近辉光的下边界，在那里的负电荷被困和横向电场足够高。这些流光切断了流向辉光的电流，导致上面辉光的光学失活。最后，我们讨论我们的结果如何自然地解释天使精灵。
2020-01-17 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
The inception of pulsed discharges in air: simulations in background fields above and below breakdown
我们调查放电起始在空气中，在均匀的背景电场以上和以下的击穿阈值。我们进行3D粒子模拟，其中包括一个自然水平的背景电离的形式，积极和O $_{2}^-$离子。当电场上升到高于击穿和脱离阈值时，电子可以从O $_{2}^-$脱离并开始电离雪崩，这在空气中是相似的。这些雪崩一起创建一个大的放电，在许多流体模拟中发现的“双头”飘带。另一方面，在低于击穿的背景场中，必须有某种东西充分增强场，以形成流光。我们使用一个强电离种子的电子和正离子，我们观察到的增长，积极流光。未观察到负流光。击穿以下，电子脱离的列入并没有改变结果太多，我们观察到类似的放电发展，在流体模拟。
2014-05-28 physics.plasm-ph
Ionization fronts in negative corona discharges
本文用流体动力学最小流注模型研究负电晕放电。通过重新制定的模型中的一个量称为屏蔽因子，我们推导出法律的电离前沿的半径和强度的演变。我们还计算了前厚度的演变条件下，它扩散由于几何的问题，并显示其自相似字符。
2004-10-08 physics.plasm-ph
Analysis of the spatial non-uniformity of the electric field in spectroscopic diagnostic methods of atmospheric electricity phenomena
空气放电中电场的空间非均匀性，如流光，会影响光谱诊断方法的准确性，从而影响峰值电场的估计。在这项工作中，我们使用一个自洽流光放电模型来研究流光头部和流光辉光的空间非均匀性。我们集中我们的分析在大气压力和在中间层的低压下的空气放电。这种方法是有用的调查空间不均匀性的实验室放电，以及精灵流光和蓝色射流流光，两种类型的瞬态发光事件（TLE）发生在雷暴云。空气放电中电场的空间非均匀性的这种表征允许我们开发两种不同的光谱诊断方法来估计冷等离子体中的峰值电场。由于电场的高度空间非均匀性，通常采用的导出拖缆头部中的峰值电场的方法将电场低估了约40- 50%。我们的诊断方法将这种低估降低到约10- 20%。然而，我们的方法是不准确的比以前的方法流光辉光，其中的电场是均匀分布在空间。最后，我们将我们的诊断方法应用于SPRITE 95和96活动期间Armstrong等人（1998）记录的精灵的$N_2$的第二正系统和$N_2^+$的第一负系统中的测量光学信号。
2019-10-14 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
On the mechanism of branching in negative ionization fronts
我们解释了一个平面负前分支的机制。分支的发生是由于碰撞电离的不稳定效应和电离前沿上电子扩散的稳定效应之间的平衡。横向微扰的色散关系是通过解析得到的，其内容为：$s = |k|/[2 (1 + |k|)] - D |k|^2$，其中假定小的$D$是电子扩散系数与外部施加的电场强度之间的比率。我们估计了平面放电中流光间距$λ$，并推导出一个标度律$λ\sim D^{1/3}$。
2005-05-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Full cycle, self-consistent, two-dimensional analysis of a packed bed DBD reactor for plasma-assisted $\mathrm{CO_{2}}$ splitting: spatiotemporal inhomogeneous, glow to streamer to surface discharge transitions
本研究采用2D自洽等离子体模型分析了纯$\mathrm{CO_{2}}$下PB-DBD反应器的全周期运行，揭示了由非均匀表面充电主导的辉光至流注至表面放电转变的时空非均匀特性，为高效反应器设计提供了关键见解。
2023-10-09 physics.app-ph physics.plasm-ph
